《算法通关村——位运算常用技巧》
位运算的性质有很多,此处列举一些常见性质,假设以下出现的变量都是有符号整数。
●幂等律:a &a=a,a ∣ a=a(注意异或不满足幂等律);
●交换律:a & b=b & a,a ∣ b=b ∣ a,a⊕b=b⊕a;
●结合律:(a & b) & c=a & (b & c),(a ∣ b) ∣ c=a ∣ (b ∣ c),(a⊕b)⊕c=a⊕(b⊕c);
●分配律:(a & b) ∣ c=(a ∣ c) & (b ∣ c),(a ∣ b) & c=(a & c) ∣ (b & c),(a⊕b) & c=(a & c)⊕(b & c);
●德摩根律:∼(a & b)=(∼a) ∣ (∼b),∼(a ∣ b)=(∼a) & (∼b);
●取反运算性质:−1=∼0,−a=∼(a−1);
●与运算性质:a & 0=0,a & (−1)=a,a & (∼a)=0;
●或运算性质:a ∣ 0=a;
●异或运算性质:a⊕0=a,a⊕a=0;
根据上面的性质,可以得到很多处理技巧,这里列举几个:
●a & (a−1) 的结果为将 a 的二进制表示的最后一个 1 变成 0;
●(补码)a & (−a)的结果为只保留 a 的二进制表示的最后一个 1,其余的 1 都变成 0。
处理位操作时,还有很多技巧,不要死记硬背,理解其原理对解决相关问题有很大帮助。下面的示例中,1s和0s分别表示与x等长的一串1和一串0:
而如何获取、设置和更新某个位的数据,也有固定的套路。例如:
- 获取
该方法是将1左移i位,得到形如00010000的值。接着堆这个值与num执行”位与“操作,从而将i位之外的所有位清零,最后检查该结果是否为零。不为零说明i位为1,否则i位为0。代码如下:
boolean getBit(int num,int i){
return ((num&(1<<i))!=0);
}
- 设置(将某一位设置为1)
setBit先将1左移i位,得到形如00010000的值,接着堆这个值和num执行”位或“操作,这样只会改变i位的数据。这样除i位外的位均为零,故不会影响num的其余位。代码如下:
int setBit(int num,int i){
return num |(1<<i);
}
- 清零(将某一位设置为0)
该方法与setBit相反,首先将1左移i位获得形如00010000的值,对这个值取反进而得到类似11101111的值,接着对该值和num执行”位与“,故而不会影响到num的其余位,只会清零i位。
int clearBit(int num ,int i){
int mask=~(1<<i);
return num&mask;
}
- 更新
这个方法是将setBit和clearBit合二为一,首先用诸如11101111的值将num的第i位清零。接着将待写入值v左移i位,得到一个i位为v但其余位都为0的数。最后对之前的结果执行”位或“操作,v为1这num的i位更新为1,否则为0:
int updateBit(int num,int i,int v){
int mask=~(1<<i);
return (num&mask)|(v<<i);
}
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